冷作模具钢

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合金冷作模具钢之高碳高铬冷作模具钢一般特性介绍

    高碳高铬冷作模具钢:高碳高铬冷作模具钢包括 Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1,具有高硬度、高强度、高耐磨性和淬火变形小等优点,属于莱氏体钢,铸态时存在鱼骨状共晶碳化物,这种状态随着钢锭凝固速度缓慢和锭型尺寸的增大而加剧,虽然在锻轧生产中鱼骨状共晶碳化物被破碎,但钢中还存在其分布的不均匀性或呈纤维方向性,导致钢材的各向异性。改善钢中碳化物分布是提高模具质量的一个重要途径。
    这类钢的共晶温度较低,在 1150℃有时会发生局部熔化,而且导热性差,因而在锻造加热时一定要缓慢,若用冷料,加热时应在 700℃附近保持一定的时间以使其内外均热,并严格控制锻造加热温度、开锻温度和终锻温度。按 GB/T 1299—2000,这类钢的不同规格钢材都有其允许的碳化物不均匀性合格级别标准,但它仍不一定能够满足某些模具对碳化物不均匀性的特殊要求,因而有时仍需再次用锻造来进行改善,此时最好采用锻粗→拔长且反复多次三向锻造变形工艺,镦粗压缩比最好大于 50%。
    对 Crl2Mo1V1 钢进行低温塑性研究的结果认为,其在 850~870℃有明显的塑性区、但低温区的变形抗力要大于高温区的变形抗力。经锻造过的钢材,同样有一个低温塑性区,但其温度范围更低(780~800℃),且其变形抗力也大于高温塑性区(见图1-9)。尽管低温塑性区的范围较窄、变形抗力较大,但仍是可以进行塑性变形的,给某一特定条件下的锻造加工提供了实施的可能。
    高碳高铬钢经锻造后的毛坯硬度较高(大约在550HB左右),内应力较大,在室温下长期停留会发生开裂报废,为消除内应力、降低硬度、改善切削加工性能,必须进行退火处理。进行退火处理可以采用普通退火,若是为了以后淬、回火做组织准备,最好采用等温退火。退火冷却速度应小于或等于 30℃/h,冷却到 550℃以下可以出炉空冷。经退火后钢的组织为粒状珠光体+合金碳化物,这类钢中碳化物主要是 M,C3型碳化物,而 Cr12钢的碳化物数量比 Crl2MoV 和 Cr12MolV1 钢略多一些。对于钢锭开坯后的中间工序退火,建议采用低温去应力退火。对于要求热处理变形量很小的模具或经电火花加工的模具,在精加工之前应进行消除应力的低温退火。
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    这类钢的奥氏体无论是在珠光体转变区或是在贝氏体转变区均具有很高的稳定性。这类钢一般采用油冷,在模具尺寸不很大的情况下即使空冷也可淬硬,Cr12 钢的淬透性和淬硬性较 Crl2MoV 钢差一些。该钢淬火态的组织是马氏体+残余奥氏体+粒状碳化物。钢材的主要性能(硬度、强度、塑性、韧性、红硬性及淬、回火的体积变形)与淬火温度有很大的关系,即淬火温度决定于所制作模具的使用条件,如:
    较低温度淬火和随后低温回火,能得到较高的力学性能和较小的变形。它适用于负荷较高的或形状复杂的模具和冷辊模等。
    较高温度淬火和随后高温回火,由于钢在淬火后有大量的残余奥氏体,硬度较低,在回火时借助于二次硬化提高钢的硬度,达到使用要求。通过这种处理可以获得高的红硬性和耐磨性,但是力学性能较低、变形量较大。所以它适用于制造承受负荷不大,但耐磨性要求高,而且在400~500℃温度下工作的模具。
    对于某些要求高韧性的冲压模具或挤压模具,可以采用贝氏体等温淬火处理。此时的组织为下贝氏体+马氏体+粒状碳化物+少量残余奥氏体。获得部分贝氏体组织后,硬度略有降低,但韧性会明显增加,同时模具变形减小。减少模具变形的另一种工艺方法是采用真空淬火,曾对Cr12MolV1钢在充氩气真空度为1Pa的炉中加热淬油并在 200℃回火,发现试样的变形量为盐浴处理的 42%,且表面层未出现脱碳和元素的挥发,其耐磨性也优于盐浴处理试样。
    Cr12 型钢还可以在淬火后继续进行超低温处理,使钢中残余奥氏体量接近于零,回火硬度相对提高,经超低温处理后的耐磨性也得到提高(图1-10)。
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    高碳高铬钢在回火过程中会出现马氏体的分解、碳化物的聚集和残余奥氏体的转变。其高温回火产生二次硬化效应的原因是由于残余奥氏体转变为马氏体以及马氏体分解析出 VC和 M,C等碳化物所致。在工业生产中常采用2~3次回火,以改善前次回火残余奥氏体转变为初生马氏体的韧性,或认为减少残余奥氏体第二阶段转变形成的粗大碳化物对韧性的影响,总之,多次回火是用来改善钢的韧性。
 


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